Minimierung der inneren Bauteilspannungen von additiv durch Selective Laser Melting hergestellten individualisierten Gelekprothesen (MINIBA)


Project Details

Project start:
03/2021
Project end:
03/2022
Total project budget:
40.000,00


Funding Opportunities

Förderprogramm "Forschung für die Praxis" (Forschungskampagne der Hessischen Hochschulen für angewandte Wissenschaften)



Principal Investigator(s)


Abstract

Durch ihren innovativen technologischen Ansatz haben sich die additiven Fertigungsverfahren
unterschiedlichste Anwendungsfelder erschlossen. Unter diesen ist die Herstellung einbaufähiger
Bauteile bzw. Endprodukte - das sogenannte "Rapid Manufacturing" - das vielfältigste. In diesem
Anwendungsfeld wird insbesondere dem sogenannten Selective Laser Melting (SLM) ein großes
Potential zugesprochen, weil es die Herstellung metallischer Bauteile mit hoher Festigkeit
ermöglicht. Derzeit limitieren jedoch technologische Grenzen weitere Entwicklungen. Ein großes
bisher ungelöstes Problem sind die während des SLM-Prozesses entstehenden elastischen und
plastischen Stauchungen und Dehnungen im Bauteil, welche zu inneren Bauteilspannungen
führen. Diese können auch durch Maßnahmen wie prozessbegleitende Temperaturmessung und
-regelung oder aufwändige Wärmenachbehandlung nicht vollständig beseitigt werden und führen im
Nachgang zu funktionshinderlichen oder funktionsverhindernden strukturellen Inhomogenitäten.
Dieser technologischen Herausforderung stellt sich das geplante Forschungsprojekt MINIBA mit
dem Ziel, dem SLM neue Anwendungen speziell im Bereich der individualisierten
Gelenkprothetik zu erschließen. Der Fokus des Projektes liegt dabei auf der Optimierung der
sogenannten Supportstrukturen. Diese sind für die eigentliche Bauteilfunktion nicht erforderlich,
sondern dienen dazu, das entstehende Bauteil auf der Bauplattform der SLM-Anlage zu fixieren, die
prozessbedingt entstehende Wärme abzuleiten und Deformationen während des Bauprozesses zu
vermeiden.
Die Optimierung der Supportstrukturen erfolgt im Projekt auf Basis einer Prozesssimulation. Die
Grundlage für diese Simulation soll durch die Analyse der prozessbestimmenden
Wärmeenergieströme und Temperaturgradienten sowie eine darauf aufbauende Modellierung des
Zusammenhangs zwischen Supportgeometrie und Wärmeableitung geschaffen werden. Die
Optimierung wird abschließend an ausgewählten prothetischen Komponenten aus dem
Kniegelenksbereich verifiziert.


Last updated on 2021-30-03 at 12:25